碳的同位素主要包括以下幾種：
12C：這是碳元素中最豐富的同位素，天然丰度爲98.89%。它是一種穩定同位素，不會發生核衰變。
13C：碳元素中的第二種同位素，天然丰度爲1.11%。13C也是穩定同位素，不會發生核衰變。
14C：這是碳元素的一種放射性同位素，具有放射性。14C的半衰期爲5730年，只有極微量的存在。在自然界中，14C主要由宇宙射線與大氣中的氮通過核反應產生。14C在考古學中用於測定生物死亡年代，即放射性測年法。此外，14C標記化合物也被用作示蹤劑，探索化學和生命科學中的微觀運動。
在地球科學中，碳的同位素組成由13C/12C比值確定的δ(13C)表示，以美國南卡羅萊納州白堊系Pee Dee組擬箭石化石(簡稱PDB)作爲標準品。碳的同位素在有機化學反應機理、有機物結構以及成岩作用、成礦作用、古海洋、石油天然氣成因研究等方面有廣泛應用。